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2011 年度 実績報告書

超高精度・多点型光ファイバ歪センサの実用化と岩盤・地下水連成挙動のモニタリング

研究課題

研究課題/領域番号 21246133
研究機関東京大学

研究代表者

徳永 朋祥  東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (70237072)

研究分担者 何 祖源  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特任教授 (70322047)
松井 浩哉  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 地層処分研究開発部門, 研究副主幹 (30421655)
キーワード地球計測 / フォトニックセンシング
研究概要

本年度は、最終年度の研究として今までの成果に基づき研究を展開させ、最終的に以下の成果を得た。
まず、狭線幅波長可変レーザーを用いた超高分解能ファイバーブラッググレーティング(FBG)センサの開発を継続して実施し、世界初となる2.6×10^<-9>の静的な歪分解能を実現した。また、開発されたセンサを神奈川県油壺にある東京大学地震研究所油壷地殻変動観測坑に設置し、岩盤歪計測を開始した。その結果、海洋潮汐に起因する岩盤歪の計測に成功した。その結果、光ファイバFBG歪センサによって、基線帳長1mのスケールの岩盤歪を、世界で初めて1×10^<-8>の分解能で計測することに成功した。
一方、現在の段階での計測システムからさらに高周波数のシグナルの計測を可能とするために、ファイバ干渉計(FFPI)を用いたセンサ技術を開発した。この方法では、位相変調と強度変調を組み合わせることにより、独創的な側波帯計測技術を提案した。この技術は10^<-9>を超える歪分解能と数Hzまでの計測を可能とするという特徴を持っている。この成果に基づくセンサによる実地実験は、現在も東京大学地震研究所油壷地殻変動観測坑にて進行中である。
モデリングの観点からは、空洞を含む岩盤内における地下水の挙動と変形を適切にモデル化するための構成関係式の導出と、それに基づくシミュレータの開発を行った。特に、岩盤内が完全に水で飽和されていない状況での水・空気の流動と変形との連成過程を取り扱うことを可能とするモデルの構築に成功した。
以上、本研究は、当初の目的をほぼ達成したものと判断している。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] 多孔質弾性体中の二相流・変形連成過程の定式化-現状と今後の課題・展望-2012

    • 著者名/発表者名
      愛知正温・徳永朋祥
    • 雑誌名

      地学雑誌

      巻: 121 ページ: 39-52

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sub-nano resolution fiber-optic static strain sensor using a sideband interrogation technique2012

    • 著者名/発表者名
      Liu, Q., Tokunaga, T., He, Z.
    • 雑誌名

      Optics Lett.

      巻: 37 ページ: 434-436

    • DOI

      10.1364/OL.37.000434

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamically consistent anisotropic constitutive relations for a poroelastic material saturated by two immiscible fluids2011

    • 著者名/発表者名
      Aichi, M., Tokunaga, T.
    • 雑誌名

      Intern.J.Rock Mech.Min.Sci.

      巻: 48 ページ: 580-584

    • DOI

      10.1016/j.ijrmms.2011.02.010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Realization of nano static strain sensing with fiber Bragg gratings interrogated by narrow linewidth tunable lasers2011

    • 著者名/発表者名
      Iiu, Q., Tokunaga, T., He, Z.
    • 雑誌名

      Optics Exp.

      巻: 19 ページ: 20214-20223

    • DOI

      10.1364/OE.19.020214

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultra-high-resolution large-dynamic-range optical fiber static strain sensor using Pound-Drever-Hall technique2011

    • 著者名/発表者名
      Liu, Q., Tokunaga, T., He, Z.
    • 雑誌名

      Optics Lett.

      巻: 36 ページ: 4044-4046

    • DOI

      10.1364/OL.36.004044

    • 査読あり
  • [学会発表] 二相の間隙流体を含む多孔質弾性体の構成関係式に含まれる材料物性2012

    • 著者名/発表者名
      愛知正温・徳永朋祥
    • 学会等名
      第47回地盤工学研究発表会
    • 発表場所
      八戸工業大学(青森県)(発表確定)
    • 年月日
      20120714-20120716
  • [学会発表] Realization of nano-strain-resolution fiber optic static strain sensor for geo-science applications2012

    • 著者名/発表者名
      He, Z., Liu, Q., Tokunaga, T.
    • 学会等名
      CLEO 2012
    • 発表場所
      San Jose, U.S.A.(招待講演)(発表確定)
    • 年月日
      2012-05-07
  • [学会発表] Sub-nano resolution static strain fiber sensor using a novel sideband interrogation technique2012

    • 著者名/発表者名
      Liu, Q., Tokunaga, T., He, Z.
    • 学会等名
      OFC/NFOEC 2012
    • 発表場所
      Los Angeles, U.S.A.
    • 年月日
      2012-03-06
  • [学会発表] Field demonstration of 10-nano static strain resolution multiplexed FBG sensor for geophysical applications2012

    • 著者名/発表者名
      Liu, Q., Tokunaga, T., Mogi, K., Matsui, H., Wang, H. R, Kato, T., He, Z.
    • 学会等名
      3rd Asia-Pacific Optical Sensors Conference
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 年月日
      2012-01-31
  • [学会発表] 波長可変狭線幅レーザを用いた地球物理研究用ナノストレーン分解のFBG静的歪センサ2011

    • 著者名/発表者名
      劉慶文・何祖源・徳永朋祥・保立和夫
    • 学会等名
      応用物理学会光波センシング技術研究会
    • 発表場所
      東京理科大学 神楽坂校舎 森戸記念館(東京都)
    • 年月日
      20111206-20111207
  • [学会発表] Development of a 3D FBG extensometer for hydromechanical well testing2011

    • 著者名/発表者名
      Skawski, G.M., Tokunaga, T., Ito, Y., Mogi, K., Cho, A., Germanovich, L.N., Hisz, D.B., Ebenhack, J., Wang, H. F., Murdoch, L.
    • 学会等名
      American Geophysical Union, Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, U.S.A.
    • 年月日
      2011-12-06
  • [学会発表] Application of an ultra-high-resolution FBG strain sensor for crustal deformation measurements at the Aburatsubo Bay, Japan2011

    • 著者名/発表者名
      Tokunaga, T., Liu, Q., He, Z., Mogi, K., Matsui, H., Wang, H.F., Kato, T.
    • 学会等名
      American Geophysical Union, Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, U.S.A.
    • 年月日
      2011-12-05
  • [学会発表] Poroelastic simulation of reverse-polarity pore pressure responses around the low permeable fault zone2011

    • 著者名/発表者名
      Aichi, M., Tokunaga, T.
    • 学会等名
      American Geophysical Union, Fall Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, U.S.A.
    • 年月日
      2011-12-05
  • [学会発表] Resonance difference measurement of Fabry-Perot interferometer with sub-fm resolution2011

    • 著者名/発表者名
      Liu, Q., He, Z., Tokunaga, T., Hotate, K.
    • 学会等名
      2011 IEEE Photonics Conference, ThEE3
    • 発表場所
      Arlington, U.S.A.
    • 年月日
      2011-10-13
  • [学会発表] An ultra-high-resolution large-dynamic-range fiber optic static strain sensor using Pound-Drever-Hall technique2011

    • 著者名/発表者名
      Liu, Q., He, Z., Tokunaga, T., Hotate, K.
    • 学会等名
      2011 CLEO Pacific Rim Conference
    • 発表場所
      Sydney, Australia(招待講演)
    • 年月日
      2011-08-29
  • [学会発表] Pound-Drever-Hall復調法を用いた超高分解能広ダイナミックレンジ光ファイバ歪センサ2011

    • 著者名/発表者名
      劉慶文・何祖源・徳永朋祥・保立和夫
    • 学会等名
      電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究会
    • 発表場所
      とかちプラザ(北海道)
    • 年月日
      2011-08-26
  • [学会発表] Realization of nano-order static strain resolution in FBG sensors using narrow linewidth tunable laser sources : Theoretical analysis2011

    • 著者名/発表者名
      Liu, Q., He, Z., Tokunaga, T., Hotate, K.
    • 学会等名
      21st International Conference on Optical Fiber Sensors
    • 発表場所
      Ottawa, Canada
    • 年月日
      2011-05-18

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公開日: 2013-06-26  

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